2025-07-21
ในโลกของอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์ที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว ณ ที่รถยนต์ตอนนี้บรรจุ ECU 50+ ระบบ ADAS และระบบ EV ความดันสูงบอร์ดไฮบริดเหล่านี้รวมความแข็งแรงของ PCBs กระชับกับความยืดหยุ่นของวงจรยืดหยุ่นแต่การออกแบบให้ใช้ในรถยนต์ต้องมีความละเอียดรถยนต์เผชิญอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับอุณหภูมิ -40 °C ถึง 125 °Cและมาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวด นี่คือวิธีการออกแบบ PCB ที่แข็งแรงและยืดหยุ่น ที่เจริญเติบโตในสภาพที่ยากลําบากนี้
ประเด็นสําคัญ
a. PCBs ที่แข็งแรงและยืดหยุ่นลดขนาดของอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์ 30% และลดความล้มเหลวของเชื่อมต่อ 50% เมื่อเทียบกับการออกแบบที่แข็งแรงเท่านั้น
b. การจับคู่วัสดุ (โพลีไมด์สําหรับชั้นยืดหยุ่น, FR-4 สําหรับส่วนแข็ง) เป็นสิ่งสําคัญในการทนต่อการหมุนเวียนของความร้อนและการสั่นสะเทือน
c.การปฏิบัติตามมาตรฐานเช่น AEC-Q100 และ IPC 2223 รับประกันความเป็นไปตามความมั่นใจของรถยนต์
d.รังสีโค้งที่เหมาะสม การออกแบบโซนการสลับ และการทดสอบ (การหมุนเวียนทางอุณหภูมิ, การสั่นสะเทือน) เป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้สําหรับผลงานในระยะยาว
เหตุ ผล ที่ อิเล็กทรอนิกส์ รถยนต์ จําเป็น ต้อง ใช้ PCB แบบ กระชับ กระชับ
รถยนต์ที่ทันสมัยต้องเผชิญกับสภาพการทํางานที่รุนแรง ที่ผลักดัน PCB แบบดั้งเดิมไปจนถึงขีดจํากัด
1อุณหภูมิและการสั่นสะเทือน
อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ทนต่อความสั่นสะเทือนทางอุณหภูมิอย่างโหดร้าย จาก -40 °C (การเริ่มต้นเย็น) ถึง 125 °C (ความร้อนของห้องเครื่องยนต์) ซึ่งทําให้วัสดุขยายและหดตัว ทําให้มีความเสี่ยงที่จะเกิดรอยแตกของสานผสมหรือความล้มเหลวการสั่นสะเทือน (สูงถึง 20G ในพื้นที่ที่ไม่เรียบ) ทําให้ปัญหาเหล่านี้เพิ่มมากขึ้น: 68% ของ QFN พัดผสมผสมแตกหลังจาก 50 รอบความสั่นสะเทือนทางความร้อนในการออกแบบที่ไม่ดีที่สุด
PCB ที่แข็งแรงและยืดหยุ่นลดลดปัญหานี้ด้วย:
ใช้ชั้นยืดหยุ่น ที่ดูดซึมพลังงานสั่น
วัสดุคู่ที่มีอัตราการขยายความร้อนที่ตรงกัน (CTE) ลดความเครียด
2ความดันพื้นที่และน้ําหนัก
รถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ที่ใช้ตัวเองจะจองอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้นในพื้นที่ที่แคบกว่า คิดว่าดัชบอร์ด, แผ่นประตู, และระบบการจัดการแบตเตอรี่การตัดน้ําหนัก 25% และการใส่ในปริมาตรที่น้อยกว่า 40% กว่าชุดที่แข็งเฉพาะตัวอย่างเช่น เครื่องมือที่ใช้การออกแบบแบบแข็ง-ยืดหยุ่น ลดตัวจาก 120cm3 เป็น 70cm3 ทําให้มีพื้นที่สําหรับจอขนาดใหญ่
3. ความปลอดภัยและการปฏิบัติตาม
อิเล็กทรอนิกส์รถยนต์ต้องตอบสนองมาตรฐานที่เข้มงวด เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่น่าเสียดาย
| มาตรฐาน | พื้นที่ตั้งสมาธิ | ความเกี่ยวข้องกับ PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น |
|---|---|---|
| AEC-Q100 | ความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบ | ต้องการ 1,000 + รอบความร้อน (-40 °C ถึง 125 °C) |
| ISO 16750 | การทดสอบสิ่งแวดล้อม | จําเป็นต้องมีการสั่นสะเทือน (10-2,000Hz) และความทนทานต่อความชื้น |
| IPC 2223 | การออกแบบวงจรยืดหยุ่น | ระบุรัศมีโค้งและแนวทางวัสดุ |
| ISO 26262 (ASIL) | ความปลอดภัยทางการทํางาน | รับประกันว่าไม่มีความล้มเหลวเดียวเสี่ยงต่อความปลอดภัย (ตัวอย่างเช่น เครื่องตรวจจับ ADAS) |
คุณลักษณะสําคัญของ PCBs Rigid-Flex ของรถยนต์ที่น่าเชื่อถือ
การ เลือก วัสดุ: ฐาน ของ ความ ทนทาน
วัสดุที่เหมาะสมจะทําให้การทํางานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
a.Flex layer: Polyimide (PI) ไม่สามารถแลกเปลี่ยนได้ มันทนต่อการผสมที่ 260 °C ทนต่อสารเคมี (น้ํามัน, น้ํายาเย็น) และยังคงมีความยืดหยุ่นหลังจากโค้ง 10,000+ ครั้งCTE ของมัน (20-30 ppm/°C) ลดความเครียดให้น้อยลงเมื่อคู่กับทองแดง.
b.ส่วนที่แข็งแรง: FR-4 ( epoxy ที่เสริมกระจก) ให้การสนับสนุนโครงสร้าง สําหรับพื้นที่ที่มีความร้อนสูง (เช่น อินเวอร์เตอร์ EV) FR-4 Tg สูง (Tg > 170 °C) ป้องกันการ delamination
c.สับสน: ใช้สับสนอะคริลิคหรืออีโป็กซี่ที่มีการออกก๊าซน้อย เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนในสภาพแวดล้อมที่ปิด (เช่น แบตเตอรี่แพ็ค)
การจัดสรรและการนําทาง: การสมดุลความยืดหยุ่นและความแข็งแรง
การจัดเรียงที่ออกแบบได้ดี ทําให้พื้นที่และความน่าเชื่อถือได้ดีขึ้น
a. การผสมผสานชั้น: ผสมผสานชั้นยืดหยุ่น 1 2 (PI + 1 oz ทองแดง) กับชั้นแข็ง 2 4 (FR-4 + 2 oz ทองแดง) สําหรับโมดูล ADAS. นี้สมดุลความยืดหยุ่นและความสมบูรณ์ของสัญญาณ
b.Routing: เส้นทางโค้ง (ไม่ใช่มุม 90 °) แจกเครียด, ลดการแตกของร่องรอยถึง 60%.
c.การลดตัวเชื่อม: การออกแบบแบบที่แข็งแรง-ยืดหยุ่นกําจัด 70% ของตัวเชื่อม board-to-board ซึ่งเป็นจุดความล้มเหลวทั่วไป ตัวอย่างเช่น โมดูลควบคุมประตูที่ใช้ rigid-flex ตัดตัวเชื่อม 8 เป็น 2
แนวทางการออกแบบที่สําคัญ
ระยะโค้ง: หลีกเลี่ยงความล้มเหลวของ Flex
แพร่รัศมีโค้งเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สําคัญที่สุด หนาแน่นเกินไป และรอยทองแดงแตก
| จํานวนชั้นยืดหยุ่น | ขนาดขอบขอบขอบขอบ (x ความหนา) | ตัวอย่าง (ความหนา 0.2 มม.) |
|---|---|---|
| 1 ชั้น | ความหนา 6x | 1.2 มม. |
| 2 ชั้น | ความหนา 12x | 2.4 มิลลิเมตร |
| 4+ ชั้น | ความหนา 24x | 4.8 มิลลิเมตร |
ไม่เคยวางส่วนประกอบ, vias, หรือสับต่อในเขตบิด - เหล่านี้สร้างจุดความเครียด
โซนการเปลี่ยนแปลง: การลดความคล่องแคล่วของการเชื่อมต่อ
พื้นที่ ที่ แผ่น ที่แข็ง และ แผ่น ที่ยืดหยุ่น พบกัน มี ความ อดทน
a. หุบส่วนแข็งช้าช้า (มุม 10°) เพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความหนาอย่างฉับพลัน
b. ใช้ระดับพื้นที่ที่กระจกข้ามในเขตเปลี่ยน เพื่อลดน้ําหนักทองแดง เพิ่มความยืดหยุ่น
c.หลีกเลี่ยงหน้ากากผสมหนา เพราะมันจะแตกจากการบิดซ้ํา
Vias & Pads: เสริมจุดอ่อน
a.เก็บรูผ่าน (PTH) ที่เคลือบอย่างน้อย 20 มิล (0.5 มม) จากพื้นที่โค้งเพื่อป้องกันการฉีกทองแดง
b.ใช้พัดทรงน้ําตาบนผ่านการเชื่อมต่อ
c. วางช่องทางบนแกนเฉลี่ย (ชั้นกลาง) ของส่วนยืดหยุ่น, ที่ความเครียดต่ําที่สุด
การผลิตและการทดสอบ: การรับประกันความน่าเชื่อถือ
การตรวจสอบคุณภาพ
การตรวจสอบอย่างเข้มงวด จะจับปัญหาได้ ก่อนที่มันจะถึงรถ
a.AOI (Automated Optical Inspection): การสแกนเพื่อหาอาการบกพร่อง, การสูญหายของ solder, หรือการไม่ตรงกันของ pad ณ ที่สําคัญสําหรับบอร์ด ADAS ความหนาแน่นสูง
b.การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์: เผยถึงความบกพร่องที่ซ่อนอยู่ (ตัวอย่างเช่น ห้องว่างในข้อต่อผสม BGA ภายใต้ส่วนแข็ง)
c. การทดสอบความแข็งแรงในการเปลือก: ตรวจสอบความแน่นของทองแดงกับ PI (อย่างน้อย 1.5N/cm ต่อ IPC-TM-650)
การทดสอบความน่าเชื่อถือ
นึกถึงสภาพแวดล้อมของโลกจริง เพื่อรับรองผลงาน:
a.การหมุนเวียนทางความร้อน: ทดสอบ 1,000 หมุนเวียน (-40 °C ถึง 125 °C) เพื่อตรวจสอบความแตกของ solder หรือ delamination
b. การทดสอบการสั่นสะเทือน: การกระแทก 20 กิโลกรัม (10-2,000 Hz) บนโต๊ะ shaker เพื่อจําลองความเครียดบนถนน
c.ความทนทานต่อความชื้น: 85 °C/85% RH เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง เพื่อป้องกันการกัดกรองในสภาพแวดล้อมที่ชื้น (เช่น ภายใต้โฮป)
เคล็ดลับ ที่ ควร หลีก เลี่ยง
1ความไม่เข้ากันของวัตถุ
CTE ที่ไม่ตรงกันระหว่าง PI และ FR-4 ส่งผลให้เกิดความเครียดทางอุณหภูมิ เช่น การใช้ FR-4 ที่มี CTE 14ppm/°C กับ PI (25ppm/°C) ส่งผลให้มีความล้มเหลวต่อส่วนผสมผสมเพิ่มขึ้น 30%เลือกวัสดุที่มี CTE ภายใน 5ppm/°C.
2มองไปยัง Dynamic Flex
การบิดแบบสแตตติก (ตัวอย่างเช่น พับในแทชบอร์ด) ง่ายกว่าการบิดแบบไดนามิก (ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ประตูเคลื่อนที่) การใช้งานแบบไดนามิกต้องการรัศมีบิดที่ใหญ่ 2 เท่าและทองแดงบางกว่า (0.5 oz vs.1 oz) เพื่อทนต่อการเคลื่อนไหวซ้ํา ๆ.
3การวางเครื่องแข็งที่ไม่ดี
เครื่องแข็ง (Kapton หรือ FR-4) ช่วยยึดองค์ประกอบในส่วนยืดหยุ่น แต่อาจทําให้เครียดถ้าใช้เกิน ขั้นต่ําเครื่องแข็ง 50% ของความยาวยืดหยุ่น
FAQs
คําถาม: PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่นช่วยเพิ่มความปลอดภัยรถยนต์ได้อย่างไร?
ตอบ: โดยการลดตัวเชื่อม (จุดความล้มเหลวทั่วไป) และทนต่อการสั่นสะเทือน / ความร้อน, พวกเขาลดความผิดพลาดทางไฟฟ้าในระบบที่สําคัญ เช่น เครื่องควบคุมถุงอากาศหรือเซ็นเซอร์เบรค.
ถาม: PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น สามารถใช้กับระบบไฟฟ้าไฟฟ้าแรงสูงได้หรือไม่
ตอบ: ครับ ใช้น้ําทองแดงหนา (3 oz) และ PI ที่กันความร้อนสูง (500V / ml) ทําให้มันเหมาะสําหรับระบบการจัดการแบตเตอรี่ 400V / 800V
ถาม: อายุการใช้งานเฉพาะของ PCB แข็งแรงและยืดหยุ่นในรถยนต์เป็นเท่าไหร่?
A: 15 ปีหรือ 200,000 ไมล์เมื่อออกแบบตามมาตรฐาน AEC-Q100 ยิ่งกว่าอายุการใช้งานของรถยนต์โดยเฉลี่ย
สรุป
PCBs ที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่น เป็นสิ่งจําเป็นสําหรับอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์รุ่นต่อไป โดยประหยัดพื้นที่ ความน่าเชื่อถือ และการปฏิบัติตามมาตรฐานที่เข้มงวดตามแนวทาง IPCและการทดสอบอย่างเข้มงวด นักวิศวกรสามารถออกแบบแผ่นที่เจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมรถยนต์ที่ยากลําบากที่สุด สําหรับการนําไปใช้งานในรถยนต์ การตัดมุมในการออกแบบแบบแข็งและยืดหยุ่น ไม่เพียงแค่มีความเสี่ยง แต่ยังมีค่าใช้จ่ายสูงลงทุนในความแม่นยําและ PCB ของคุณจะทํางานได้นานเท่ารถที่มันขับเคลื่อน
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
